內燃機零部件結構設計及應用研究 Structural Design and Application Study of Internal Combustion Engine Components

王江月 WANG Jiang-yue

摘要：直接利用汽車內燃機直接驅動汽車，是目前汽車信息化時代飛速發(fā)展的一種技術應用非常廣泛的汽車動力機械。當液體燃料直接注入車輛并燃燒時，會釋放大量固體。熱能作為機械力的一種動能直接轉化為動力，從而為機械設備提供動力。是當前工業(yè)生產和運輸中非常核心的機械設備。內燃機對社會發(fā)展的重要性不言而喻，因此對內燃機的研究從未停止。本文對內燃機相關零部件的整體結構設計和實際應用場景進行了分析和探討。

Abstract： The direct use of automobile internal combustion engine to drive cars directly is a rapidly developed technology in the automobile information age.When liquid fuel is injected directly into the vehicle and burned， substantial solid quantities are released.Thermal energy as a kind of kinetic energy is directly converted into power， thus powering the mechanical equipment.It is a very core machinery and equipment in the current industrial production and transportation.The importance of internal combustion engine to social development is self-evident， so its research has never stopped.This paper， the overall structure design and practical application scenarios of internal combustion engine are analyzed and discussed.

關鍵詞：內燃機;內燃機零部件結構;結構設計;應用

Key words： internal combustion engine;internal combustion engine component structure;structural design;application

中圖分類號：TK402? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0009-02

0? 引言

當前現(xiàn)代工業(yè)文明發(fā)展迅速，內燃機的使用成為了主流，內燃機因為其優(yōu)越的性能取代了蒸汽機，而且在現(xiàn)代的機械領域中發(fā)揮了非常重要的作用，隨著當前各種先進技術的不斷發(fā)展，內燃機的零部件不能滿足現(xiàn)代機械設備的發(fā)展需求，所以，為了最大程度的滿足市場的需求，優(yōu)化內燃機的性能，進而進一步提高內燃機，零部件結構設計的舒適和美觀等要求，從而落實節(jié)能減排政策，減少排放有害氣體，優(yōu)化內燃機內部零件的結構就顯得尤為重要。

1? 內燃機零部件結構優(yōu)化設計的必要性分析

要想讓內燃機正常運轉，就必需要保證內燃機零部件結構的完整性，內燃機在運行過程中可以為機械設備的活動提供源源不斷的動力，如果內燃機的結構設計有缺陷，就會造成在生產過程中大量損耗能源的現(xiàn)象，與此同時，在使用內燃機的過程中，也會產生各種危害氣體的污染物，這些污染物的大量排放，不利于建成環(huán)境友好型社會，妹子，如何控制內燃機在工作過程中排放較少的有害氣體，成為普遍關注的問題之一。為保證內燃機車整體結構性能的不斷優(yōu)化和提高，不斷研發(fā)生產了一大批高性能、低能耗、環(huán)境污染小的內燃機，有效地促進了內燃機車的發(fā)展，緩解了內燃機原有的環(huán)境污染，還有能耗問題。圖1為某內燃機內部結構示意圖。

2? 內燃機零部件結構

2.1 空氣分配機制

顧名思義，發(fā)動機的氣門機構是一種分配空氣的機構。發(fā)動機缸體中的燃料是柴油和汽油，在目前的研究情況下，燃氣發(fā)動機分為很多種，但是這些發(fā)動機在工作時都需要引入一定比例的空氣，這樣才能夠保證內燃機中的燃料充分燃燒，內燃機中的氣門傳動結構是控制發(fā)動機在工作時的進氣和出氣的結構，通過內燃機的氣門控制結構，從而控制內燃機中的進氣量多少，通過排氣閥門可以使內燃機中使用完的廢氣從氣缸中排出，從而實現(xiàn)內燃機工作過程中，整個進氣排氣工作的完成，目前，內燃機的氣門傳動結構是由齒輪傳動和滾輪傳動兩個傳動部分組成，這兩個部分能夠保證氣缸內的燃料完全燃燒，是內燃機的基本結構。

2.2 燃料供應系統(tǒng)

在內燃機當中，根據(jù)使用的燃料不同種類也分為不同的功能，例如，使用汽油作為燃料的內燃機，是通過控制燃油量和空氣的方法，將一定濃度的汽油和空氣混合，直接進入整個氣缸，讓這些混合物在內燃機中燃燒，從而產生大量的廢氣后，從排氣系統(tǒng)中排出，將能量供給給機械設備，而柴油機的工作方式是將柴油和空氣按一定的比例引入氣缸，在氣缸內持續(xù)燃燒，這樣保證提供大量的能量，在燃燒之后排出柴油燃燒產生的廢氣，無論是汽油機還是柴油機，油箱的供油系統(tǒng)都需要根據(jù)燃油的不同特性來確定混入空氣的比例，并且按照一定的規(guī)定進行油量的供給，所以，燃料供應系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)具有非常緊密的聯(lián)系，兩者都是為內燃機提供充足動力的保證。

2.3 冷卻系統(tǒng)

內燃機的冷卻系統(tǒng)是在內燃機長時間工作過程中進行降溫的，這樣能夠保證內燃機在工作過程中穩(wěn)定運行，降低故障發(fā)生的概率，因為內燃機在工作過程中會產生大量的熱量，這種熱量的產生會導致內燃機各部位的溫度升高，會加速各部件的老化和磨損，這樣就會增大內燃機故障發(fā)生的概率，所以內燃機的冷卻系統(tǒng)也是維持內燃機高速運轉，提高它的使用壽命的重要保障。

3? 內燃機相關零部件整體結構設計及實際應用的趨勢分析

3.1 內燃機曲軸的結構設計

一是實力合格，主要特點是運動曲柄支撐部分的運動彎曲、彎曲和扭轉疲勞強度和大功率容器輸出的靜強度;

二是剛性合格，通過有效減少變速器內燃機曲軸連桿出現(xiàn)應力偏轉時的變形，可有效保證內燃機活塞式變速器連桿及各變速器軸承的正常工作，以及內部的固有振動頻率。燃燒活塞傳動連桿及各傳動軸承在復位時可有效增加，避免正常運轉時轉速升高。下降時發(fā)生曲軸共振;

三是軸徑，軸承副一般具有較高的承壓耐磨性，足夠的承壓滾動面積，軸承油孔布置合理;

四是曲柄油孔的合理布置，確保曲柄運轉平穩(wěn)，扭矩均勻，軸系扭振狀況良好;

第五，合理放置平衡重，減少主軸承的載荷和振動。

3.2 內燃機零部件結構設計優(yōu)化

一方面，當需要對一些內燃機相關部件的整體結構設計數(shù)據(jù)進行優(yōu)化時，工作人員通常可以將內燃機相關部件的重要部位的數(shù)據(jù)調整內容作為主要入口。進行數(shù)據(jù)優(yōu)化，手動更換一批內燃機，將更換下來的零部件作為一些結構參數(shù)的重要參考內容，從而達到優(yōu)化內燃機零部件的最終目的，工作人員除了可以調整內燃機相關部件的重要結構性能參數(shù)之外，還可以，重點關注內燃機自身燃料離散化的性能極限和特性，因為目前的空氣信息采集技術還不能直接引入空氣作為模型計算來模擬內燃機工作的情況，所以工作人員以四缸立式柴油機連桿重要結構性能優(yōu)化設計工作分析為例，利用這種柴油機的性能質量，作為函數(shù)和例子進行整體的內積重要性能參數(shù)進行優(yōu)化分析，并且，借助大數(shù)據(jù)和云計算系統(tǒng)，對內部結構的變化產生的數(shù)據(jù)進行分析，快速計算不同變化下的內燃機工作效率，從而有效地進行零部件的優(yōu)化和調整。

3.3 內燃機發(fā)展前景

如何降低排氣溫度，提高熱效率，只能讓它基本按照定容循環(huán)工作。既然燃燒不能瞬間放熱，那么燃燒和膨脹就必須分開，即燃燒是分開的，作為循環(huán)中的一個單獨的段來使用。就是在燃燒階段達到定容。當活塞到達上止點時靜止不動，燃燒室容積不變，活塞作間歇往復運動，實現(xiàn)定容燃燒和加熱。燃燒結束時做膨脹功，燃燒和膨脹功分開。由于燃燒有一定的過程時間，所以只能近似地遵循定容加熱循環(huán)，但其排氣溫度會遵循溫度與容積的關系。目前的材料、加工工藝和結構理論已經(jīng)能夠實現(xiàn)等距燃燒循環(huán)。這種結構理論采用了非傳統(tǒng)的曲軸連桿結構，而是將曲軸連桿的擺線往復運動分解為擺線運動和直線往復運動兩個獨立的運動，不再同時進行。部件主要采用非圓齒輪、行星齒輪和輔助閉環(huán)控制部件。非圓齒輪包括兩端的兩個半圓齒輪和中間的兩個平行的直齒段，它們是行星齒輪的軌跡。通過它們的相互作用，活塞實現(xiàn)了閉環(huán)間歇往復直線運動。行星齒輪和非圓齒輪旋轉與齒段嚙合在一條直線上。行星非圓齒輪停止高速旋轉，非圓齒輪完成往復直線運動。實現(xiàn)定容加熱循環(huán)的內燃機將把內燃機的熱效率提升到一個新的水平，降低油耗和空氣污染，同時更加經(jīng)濟。在現(xiàn)有各種技術的基礎上，等距燃燒循環(huán)內燃機是未來發(fā)展的方向。

4? 結束語

隨著技術的不斷更新，提高零部件結構設計能力，從而開發(fā)出更加合理完善的內燃機零部件結構，從而不斷推動內燃機的發(fā)展。

參考文獻：

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